ADALM1000-电源系统设计

原创 云深之无迹 2025-01-10 07:01

ADALM1000是一个测量系统:

开源的,然后让我来学习一下顶级大厂的设计

就是这样

我们把主动可以放出电源的系统称源,这个1000,可以通过电脑USB接口输出0 至 5 伏 ( V )、-200 至 200 毫安 ( mA ) 的电压和电流操作,精度和准确度优于 100µV、100µA 和 10µS。

主要就是给USB模块擦屁股,我们看看怎么擦的?

讨论了 USB 2.0 设备连接时面临的电源质量和稳定性问题,特别是对于高精度模拟工具(如 M1K 设备)的使用所带来的挑战。它提出了以下几个关键问题及其解决方案:
1. USB 2.0 电源要求与实际差距
USB2.0电源标准:USB 2.0 规范要求连接的设备从 USB 提供的电压源消耗的电流不超过 500mA,电压范围在 4.40V 到 5.25V 之间。这种电压范围非常宽泛,尤其是在高精度测量工具中,这对于设备来说显然不可接受。

精密工具对电压的稳定性和噪声敏感,因此在如此大的电压波动范围内,无法保证其正常工作。
2. 电气噪声与电气保护的差异
USB 电源质量不稳定:USB 端口提供的电源质量可能存在很大的差异。不同计算机和设备的 USB 端口可能会引入电气噪声或缺乏足够的电气保护,影响设备的正常运行。
噪声耦合:如果连接到 USB 总线的设备质量不合格,它们可能会向电压源引入数十毫伏到数百毫伏的噪声,这会导致精密仪器无法进行准确的测量,因为测量结果可能会被噪声干扰。
3. 计算机对过流和电压不稳定的处理能力
过流问题:许多计算机无法处理 USB 总线上的过流情况,一旦发生过流,它们可能会立即关闭电源,甚至可能永久禁用 USB 端口,这将导致设备无法正常工作。
不良计算机影响:如果使用的计算机(特别是较老的计算机)不具备良好的电源管理或过流保护,那么 M1K 等精密仪器的测量精度可能会降低,甚至 导致计算机硬件损坏或数据丢失。
为了解决这些问题,设计者采用了一个复杂的电源供应链来确保模拟前端的稳定运行。
这个供应链的目标是:提供一个稳定的电压范围,确保输出可以在 0V 到 5V 之间完整变化。设备能在电压不稳定、存在短路或过压等情况下,确保 主机PC不会遭遇风险。为了减少 USB 电源中的噪声干扰,设计中采用了多个电源管理模块(如 热插拔控制器、 稳压器 和 噪声滤波器 等),确保系统提供的电源稳定且噪声极低,即便 USB 总线提供的电源质量较差。
https://wiki.analog.com/university/tools/m1k/hw

设计在这里,我就不管球他了,英语的,我写中文的。

第一级直接一个LDO就水灵灵的安排上了

ADP7118 是一个低噪声、低压差的线性稳压器,负责将 5V 输入电源稳压为 3.3V,为微控制器提供稳定的电源。
微控制器始终处于开启状态,控制着电源请求和过流保护。
由于其低噪声特性,ADP7118 能够为系统中的高精度模拟部分提供平稳、干净的电源。

ADM1177 (通信采用I2C 接口进行)主要用于控制模拟前端的电源启用,并提供 过流保护 和 短路保护。

可是用上了

小样,换了名字

TWD,TWCK

监控 0.1欧姆电流检测分流电阻上的电压降,来判断电流大小。
控制 N-FET 功率晶体管的栅极电压,以实现电源的软启动和逐步启用。
当分流电阻两端的电压降超过 100mV(相当于 1A)并持续超过 270µs 时,ADM1177 会禁用电源,保护电路不受过流损害。就检测到大电流快速使用MOS管切断电源供应。

这里的版本是B,DCDC口,这是第三级给了个DCDC,LDO给DCDC奶一口,倒反天罡。

ADP1614 是一个 升压转换器,用于将 USB提供的5V电压升高至6.5V电压轨。
使用电感存储能量,通过高频开关转换(1.3 MHz)将电压升高。
升压过程本身可能产生一些噪声,但通过 PI 滤波器和大型输出电容器 的组合来降低噪声。
生成的6.5V 电压为后续电源管理提供了电压余量,保证了系统能够在负载增加时保持稳定。

又使用了这个,这个做反向电源,是一个降压的DCDC

ADP2442 是一个 降压-升压转换器,用于生成负电压轨 (-1V),为一些负电压需求的模拟组件供电。
电源通过电感存储能量,并将电压转换为负电压(-1V)。这种负电压是一些模拟电路(放大器)所需的。通过 PI 滤波器来衰减高频噪声,确保负电压轨稳定且低噪声。

前端的器件就是这样的,进行了看具体的解读喽~

USB 电源(5V) 是系统的初始电源,首先用于为微控制器提供 3.3V 电压,这通过 ADP7118 线性稳压器实现。微控制器始终开启,并负责从主机请求最大 500mA 电流。

原来是MCU先上电,然后提交USB的协议符号给主机,然后要电压

哼,ADI和MicroChip老是勾勾搭搭的

USB挺猛的,IIC两个,SPI一个,ADC一坨

6个端点,是全速的

设备枚举后,通过 ADM1177 热插拔控制器启用模拟前端电源。这一过程确保电源的逐步启用,同时实现过流保护和短路保护,避免因电源不稳定或过流导致主机计算机损坏。
热插拔控制器(ADM1177)
在设备首次连接到USB端口时,可能会因为电容器的充电导致浪涌电流。设计采用了热插拔控制器(ADM1177) 来控制这种电流,确保设备不会立即吸收过多的电流,从而避免引起主机USB端口故障。
电源和模拟前端之间的大型储能电容器会产生短时间内大于上游电源能力的电流需求,因此需要有合适的控制和保护机制来避免系统出现故障。
电源链:开关稳压器与线性稳压器
开关稳压器(ADP1614):
用于生成 6.5V 电源轨。这是通过电感器和电流突变产生的,开关频率固定为 1.3 MHz。虽然这种电源较为“嘈杂”,但通过 PI 滤波器和大型电容器 的组合,可以有效衰减高频噪声,确保输出噪声最小化。DCDC的噪音永远的痛。

还有,输出这里还有一个二极管,L4这个是PI滤波器

线性稳压器(ADM7171):
将 6.5V 电源进一步调节为 6V 电源,这样即使在电源输出时出现轻微的电压下降,模拟前端依然可以稳定工作。通过 ADM7171 稳压器的调整,能够有效降低输出噪声,提供干净、稳定的电压。

对上了

第二个开关稳压器(ADP2442):
提供负电压轨(-1V)。这是通过反相降压升压配置生成的,能够确保设备在需要负电压时能顺利工作。其电流存储在电感器中,电流的突变产生负于接地的电压。

这个负电源其实从那个保护器上面出来的

是4V5这个转换的

精密电压基准(ADR381):
为整个模拟前端系统提供了一个非常精确、稳定的基准电压(2.5V),保证了高精度的模拟信号处理。这些精密电源确保了设备的准确性和稳定性,特别是在高精度测量和信号转换中至关重要。

\

阿里狗的原理图真丑

由于USB电源存在较大的电气噪声,采取了多种措施来抑制噪声:
  1. PI 滤波器:用于衰减来自开关稳压器和电感器中的高频噪声,保持电源输出的平滑。
  2. 电容器:帮助进一步平滑电流输出,减少瞬时电流波动的影响。

评论
  • 在当前人工智能(AI)与物联网(IoT)的快速发展趋势下,各行各业的数字转型与自动化进程正以惊人的速度持续进行。如今企业在设计与营运技术系统时所面临的挑战不仅是技术本身,更包含硬件设施、第三方软件及配件等复杂的外部因素。然而这些系统往往讲究更精密的设计与高稳定性,哪怕是任何一个小小的问题,都可能对整体业务运作造成严重影响。 POS应用环境与客户需求以本次分享的客户个案为例,该客户是一家全球领先的信息技术服务与数字解决方案提供商,遭遇到一个由他们所开发的POS机(Point of Sal
    百佳泰测试实验室 2025-01-09 17:35 99浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球中空长航时无人机产值达到9009百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为8.0%。 环洋市场咨询机构出版了的【全球中空长航时无人机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球中空长航时无人机总体规模,包括产量、产值、消费量、主要生产地区、主要生产商及市场份额,同时分析中空长航时无人机市场主要驱动因素、阻碍因素、市场机遇、挑战、新产品发布等。报告从中空长航时
    GIRtina 2025-01-09 10:35 95浏览
  • 一个真正的质量工程师(QE)必须将一件产品设计的“意图”与系统的可制造性、可服务性以及资源在现实中实现设计和产品的能力结合起来。所以,可以说,这确实是一种工程学科。我们常开玩笑说,质量工程师是工程领域里的「侦探」、「警察」或「律师」,守护神是"墨菲”,信奉的哲学就是「墨菲定律」。(注:墨菲定律是一种启发性原则,常被表述为:任何可能出错的事情最终都会出错。)做质量工程师的,有时会不受欢迎,也会被忽视,甚至可能遭遇主动或被动的阻碍,而一旦出了问题,责任往往就落在质量工程师的头上。虽然质量工程师并不负
    优思学院 2025-01-09 11:48 111浏览
  • 在过去十年中,自动驾驶和高级驾驶辅助系统(AD/ADAS)软件与硬件的快速发展对多传感器数据采集的设计需求提出了更高的要求。然而,目前仍缺乏能够高质量集成多传感器数据采集的解决方案。康谋ADTF正是应运而生,它提供了一个广受认可和广泛引用的软件框架,包含模块化的标准化应用程序和工具,旨在为ADAS功能的开发提供一站式体验。一、ADTF的关键之处!无论是奥迪、大众、宝马还是梅赛德斯-奔驰:他们都依赖我们不断发展的ADTF来开发智能驾驶辅助解决方案,直至实现自动驾驶的目标。从新功能的最初构思到批量生
    康谋 2025-01-09 10:04 93浏览
  • 故障现象一辆2017款东风风神AX7车,搭载DFMA14T发动机,累计行驶里程约为13.7万km。该车冷起动后怠速运转正常,热机后怠速运转不稳,组合仪表上的发动机转速表指针上下轻微抖动。 故障诊断 用故障检测仪检测,发动机控制单元中无故障代码存储;读取发动机数据流,发现进气歧管绝对压力波动明显,有时能达到69 kPa,明显偏高,推断可能的原因有:进气系统漏气;进气歧管绝对压力传感器信号失真;发动机机械故障。首先从节气门处打烟雾,没有发现进气管周围有漏气的地方;接着拔下进气管上的两个真空
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-08 16:51 113浏览
  • 「他明明跟我同梯进来,为什么就是升得比我快?」许多人都有这样的疑问:明明就战绩也不比隔壁同事差,升迁之路却比别人苦。其实,之间的差异就在于「领导力」。並非必须当管理者才需要「领导力」,而是散发领导力特质的人,才更容易被晓明。许多领导力和特质,都可以通过努力和学习获得,因此就算不是天生的领导者,也能成为一个具备领导魅力的人,进而被老板看见,向你伸出升迁的橘子枝。领导力是什么?领导力是一种能力或特质,甚至可以说是一种「影响力」。好的领导者通常具备影响和鼓励他人的能力,并导引他们朝着共同的目标和愿景前
    优思学院 2025-01-08 14:54 96浏览
  • 1月7日-10日,2025年国际消费电子产品展览会(CES 2025)盛大举行,广和通发布Fibocom AI Stack,赋智千行百业端侧应用。Fibocom AI Stack提供集高性能模组、AI工具链、高性能推理引擎、海量模型、支持与服务一体化的端侧AI解决方案,帮助智能设备快速实现AI能力商用。为适应不同端侧场景的应用,AI Stack具备海量端侧AI模型及行业端侧模型,基于不同等级算力的芯片平台或模组,Fibocom AI Stack可将TensorFlow、PyTorch、ONNX、
    物吾悟小通 2025-01-08 18:17 84浏览
  •  在全球能源结构加速向清洁、可再生方向转型的今天,风力发电作为一种绿色能源,已成为各国新能源发展的重要组成部分。然而,风力发电系统在复杂的环境中长时间运行,对系统的安全性、稳定性和抗干扰能力提出了极高要求。光耦(光电耦合器)作为一种电气隔离与信号传输器件,凭借其优秀的隔离保护性能和信号传输能力,已成为风力发电系统中不可或缺的关键组件。 风力发电系统对隔离与控制的需求风力发电系统中,包括发电机、变流器、变压器和控制系统等多个部分,通常工作在高压、大功率的环境中。光耦在这里扮演了
    晶台光耦 2025-01-08 16:03 88浏览
  • 职场是人生的重要战场,既是谋生之地,也是实现个人价值的平台。然而,有些思维方式却会悄无声息地拖住你的后腿,让你原地踏步甚至退步。今天,我们就来聊聊职场中最忌讳的五种思维方式,看看自己有没有中招。1. 固步自封的思维在职场中,最可怕的事情莫过于自满于现状,拒绝学习和改变。世界在不断变化,行业的趋势、技术的革新都在要求我们与时俱进。如果你总觉得自己的方法最优,或者害怕尝试新事物,那就很容易被淘汰。与其等待机会找上门,不如主动出击,保持学习和探索的心态。加入优思学院,可以帮助你快速提升自己,与行业前沿
    优思学院 2025-01-09 15:48 98浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 167浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2025-01-09 09:58 79浏览
  • 在智能网联汽车中,各种通信技术如2G/3G/4G/5G、GNSS(全球导航卫星系统)、V2X(车联网通信)等在行业内被广泛使用。这些技术让汽车能够实现紧急呼叫、在线娱乐、导航等多种功能。EMC测试就是为了确保在复杂电磁环境下,汽车的通信系统仍然可以正常工作,保护驾乘者的安全。参考《QCT-基于LTE-V2X直连通信的车载信息交互系统技术要求及试验方法-1》标准10.5电磁兼容试验方法,下面将会从整车功能层面为大家解读V2X整车电磁兼容试验的过程。测试过程揭秘1. 设备准备为了进行电磁兼容试验,技
    北汇信息 2025-01-09 11:24 97浏览
  • 本文介绍编译Android13 ROOT权限固件的方法,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。关闭selinux修改此文件("+"号为修改内容)device/rockchip/common/BoardConfig.mkBOARD_BOOT_HEADER_VERSION ?= 2BOARD_MKBOOTIMG_ARGS :=BOARD_PREBUILT_DTB
    Industio_触觉智能 2025-01-08 00:06 118浏览
  • HDMI 2.2 规格将至,开启视听新境界2025年1月6日,HDMI Forum, Inc. 宣布即将发布HDMI规范2.2版本。新HDMI规范为规模庞大的 HDMI 生态系统带来更多选择,为创建、分发和体验理想的终端用户效果提供更先进的解决方案。新技术为电视、电影和游戏工作室等内容制作商在当前和未来提供更高质量的选择,同时实现多种分发平台。96Gbps的更高带宽和新一代 HDMI 固定比率速率传输(Fixed Rate Link)技术为各种设备应用提供更优质的音频和视频。终端用户显示器能以最
    百佳泰测试实验室 2025-01-09 17:33 106浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦